CN110670157B - 一种无需清理的针头式静电纺丝设备 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于静电纺丝技术领域，提供了一种无需清理的针头式静电纺丝设备，包括第一针头底座、第二针头底座、外毛细管、内毛细管、第一导气管、出气管、烧杯、加热器、进气管、第二导气管、第三导气管、气泵，通过设置分别连接有内毛细管和外毛细管的第一针头底座和第二针头底座，内毛细管设置在外毛细管内，还设置用于提供蒸汽的烧杯，烧杯通过加热器加热，并且蒸汽通过第一导气管传输到外毛细管和内毛细管之间，烧杯还连接一个用于提供空气的水泵，从而在利用内毛细管进行静电纺丝作业时，能够通过蒸汽包裹内毛细管的喷嘴，抑制喷嘴处纺丝液挥发，达到阻止针尖喷嘴出现凝固物的目的，使纺丝顺畅进行。

Description

一种无需清理的针头式静电纺丝设备
技术领域
本发明属于静电纺丝领域，尤其涉及一种无需清理的针头式静电纺丝设备。
背景技术
传统的针头式静电纺丝技术是静电纺丝最早发展且目前使用最多的一种制备微纳米纤维的方式，相比线电极、滚筒电极、圆盘电极、螺旋电极等方式，针头式静电纺丝制备的微纳米纤维粗细更加均匀、可纺材料种类多，制备的微纳米纤维膜品质更高。
但针头式静电纺丝技术有其固有以下几个的技术短板：生产效率低、针头容易堵塞、针头容易出现凝固物，其中前两个问题可以通过增加针头纺丝数量以及静置或过滤方式有效地解决，针头凝固物是由于电纺溶液在流出针头后，溶液表层易挥发的有机溶剂挥发，聚合物在针头喷嘴处逐渐固化累积而成，对酒精体系、丙酮体系等易挥发有机溶剂配制的电纺溶液纺丝造成很大困扰，如不及时清理凝固物，凝固物会逐渐增大，电纺过程最快在5分钟后就无法持续下去。目前解决针头物的方式都是靠人为清理或者设计机械结构清理(用毛刷、海绵等)，清理过程中电纺过程不可避免的会中断，大大降低生产效率和纤维膜品质。
发明内容
本发明提供一种无需清理的针头式静电纺丝设备，旨在解决生产效率低、针头容易堵塞、针头容易出现凝固物的问题。
本发明是这样实现的，一种无需清理的针头式静电纺丝设备，包括第一针头底座、第二针头底座、外毛细管、内毛细管、第一导气管、出气管、烧杯、加热器、进气管、第二导气管、第三导气管、气泵；
所述第一针头底座的外侧套设有所述第二针头底座，所述第一针头底座的一端连接一个所述外毛细管，所述第二针头底座的一端连接一个所述内毛细管，所述内毛细管的直径小于所述外毛细管的直径，所述内毛细管位于所述外毛细管内，所述第一导气管的一端连接固定在所述外毛细管的外壁上，且所述第一导气管连通所述外毛细管，所述第一导气管另一端连接一个所述出气管的一端，所述出气管的另一端连通所述烧杯，所述加热器设置在所述烧杯的底部且用于加热所述烧杯，所述进气管的一端连通所述烧杯，所述进气管的另一端连接所述第二导气管的一端，所述第二导气管的另一端连通一个所述气泵的出气口。
本发明还提供优选的，第二导气管的另一端连接一个除湿器的出风口，所述除湿器的进风口通过一个第三导气管连通所述气泵的出气口。
本发明还提供优选的，还包括微量注射泵，所述微量注射泵的出液口连接一个导液管的一端，所述导液管的另一端连通所述内毛细管的一端。
本发明还提供优选的，所述第二针头底座的另一端具有一个内槽，所述内槽的内壁上具有焊点，所述第一针头底座的一端嵌入所述内槽，所述第一针头底座通过焊接固定在所述焊点上。
本发明还提供优选的，所述第二针头底座内具有连通所述外毛细管的内腔，所述第二针头底座的外壁上固定有不锈钢管，所述不锈钢管的一端连通所述内腔，所述不锈钢管的另一端连通所述第一导气管的一端。
本发明还提供优选的，所述内毛细管与所述外毛细管为同轴心线设置，且所述内毛细管的另一端从所述外毛细管的另一端伸出。
本发明还提供优选的，还包括纤维收集极，所述纤维收集极设置在所述内毛细管的另一端的一侧，所述纤维收集极面对所述内毛细管的另一端。
本发明还提供优选的，纤维收集极通过负极接地线电连接一个高压电源的负极，所述高压电源的正极通过一个正极线电连接所述外毛细管。
本发明还提供优选的，所述烧杯的顶部盖设有一个橡胶塞，所述出气管和所述进气管均固定在所述橡胶塞上。
本发明还提供优选的，所述烧杯的规格为500ml。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种无需清理的针头式静电纺丝设备，通过设置分别连接有内毛细管和外毛细管的第一针头底座和第二针头底座，内毛细管设置在外毛细管内，还设置用于提供蒸汽的烧杯，并且蒸汽通过第一导气管传输到外毛细管和内毛细管之间，烧杯还连接一个用于提供空气的水泵，从而在利用内毛细管进行静电纺丝作业时，能够通过蒸汽包裹内毛细管的喷嘴，抑制喷嘴处纺丝液挥发，达到阻止针尖喷嘴出现凝固物的目的，使纺丝顺畅进行。
附图说明
图1为本发明的一种无需清理的针头式静电纺丝设备的整体结构示意图。
图2为本发明的内毛细管和外毛细管的结构示意图。
图中：1-微量注射泵、2-导液管、3-第一针头底座、4-焊接点、5-第二针头底座、6-外毛细管、7-内毛细管、8-射流、9-纤维收集极、10-负极接地线、11-高压电源、12-正极线、13-不锈钢管、14-第一导气管、15-出气管、16-烧杯、17-加热器、18-进气管、19-第二导气管、20-除湿器、21-第三导气管、22-气泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种无需清理的针头式静电纺丝设备，包括微量注射泵1、导液管2、第一针头底座3、第二针头底座5、外毛细管6、内毛细管7、纤维收集极9、负极接地线10、高压电源11、正极线12、不锈钢管13、第一导气管14、出气管15、烧杯16、加热器17、进气管18、第二导气管19、除湿器20、第三导气管21、气泵22。
第一针头底座3的外侧套设有第二针头底座5，第一针头底座3的一端连接一个外毛细管6，微量注射泵1的出液口连接一个导液管2的一端，导液管2的另一端连通内毛细管7的一端，第二针头底座5的一端连接一个内毛细管7，内毛细管7的直径小于外毛细管6的直径，内毛细管7位于外毛细管6内，第一导气管14的一端连接固定在外毛细管6的外壁上，且第一导气管14连通外毛细管6，第一导气管14另一端连接一个出气管15的一端，出气管15的另一端连通烧杯16，加热器17设置在烧杯16的底部且用于加热烧杯16，进气管18的一端连通烧杯16，进气管18的另一端连接第二导气管19的一端，第二导气管19的另一端连通一个气泵22的出气口，第二导气管19的另一端连接一个除湿器20的出风口，除湿器20的进风口通过一个第三导气管21连通气泵22的出气口。
其中，第二针头底座5的另一端具有一个内槽，内槽的内壁上具有焊点4，第一针头底座3的一端嵌入内槽，第一针头底座3通过焊接固定在焊点4上，第二针头底座5内具有连通外毛细管6的内腔，第二针头底座5的外壁上焊接固定有不锈钢管13，不锈钢管13的一端连通内腔，不锈钢管13的另一端连通第一导气管14的一端，纤维收集极9设置在内毛细管7的另一端的一侧，纤维收集极9面对内毛细管7的另一端，纤维收集极9通过负极接地线10电连接一个高压电源的负极11，高压电源的正极通过一个正极线12电连接外毛细管6，烧杯16的顶部盖设有一个橡胶塞，出气管15和进气管18均固定在橡胶塞上，烧杯16的规格为500ml，烧杯16内装有与电纺溶液相一致的溶剂，由橡胶塞密封瓶口，进气管18一端透过瓶塞插入溶剂液面以下，出气管15一端透过橡胶塞插入溶剂液面上方的空气内，内毛细管7与外毛细管6为同轴心线设置，且内毛细管7的另一端从外毛细管6的另一端伸出，加热器17采用控温加热器。
本发明的一种无需清理的针头式静电纺丝设备，在使用时：
首先配制10wt％PVB溶液：用微量天平秤取18g无水乙醇溶液和2gPVB粉末倒入同一烧瓶中，PVB为聚乙烯醇缩丁醛，加入磁子，磁力搅拌3小时至聚合物粉末完全溶解。
在烧杯16中加入300ml无水乙醇溶液，打开加热器17，设置加热温度为60℃，待烧杯16内酒精温度达到设定值后，开启静音气泵22，外界空气经过2除湿器20后被除去大部分水蒸气，后被导入到烧杯16内，干燥气体经过“酒精浴”之后形成饱和酒精蒸汽的气体，并从内毛细管7和外毛细管6形成的环形外轴缝隙中排出，饱和酒精蒸汽对内毛细管7针尖形成小范围的蒸汽包裹。
用10ml注射器抽取10wt％PVB溶液，将注射器安装到微量注射泵1上，快速推进至内毛细管7针尖有溶液流出后停止快进，设定推进速度为2ml/h；调节内毛细管7和纤维收集极9之间的距离为15cm，打开高压电源11，设置电压为12千伏，内毛细管7和纤维收集极9之间形成高压静电场，PVB溶液形成射流8，射流8经过劈裂、拉伸、溶剂挥发过程形成PVB纳米纤维沉积到纤维收集极9上面；由于酒精蒸汽对内毛细管7针尖射流溶剂挥发的抑制作用，避免针尖凝固物出现，电纺可持续稳定进行，制备的PVB纳米纤维粗细均匀，纤维膜具有较高品质。
本实施例通过设置分别连接有内毛细管7和外毛细管6的第一针头底座3和第二针头底座5，内毛细管7设置在外毛细管6内，还设置用于提供蒸汽的烧杯16，并且蒸汽通过第一导气管14传输到外毛细管6和内毛细管7之间，烧杯16还连接一个用于提供空气的水泵22，从而在利用内毛细管7进行静电纺丝作业时，能够通过蒸汽包裹内毛细管7的喷嘴，抑制喷嘴处纺丝液挥发，达到阻止针尖喷嘴出现凝固物的目的，能够使纺丝顺畅进行。
实施例二
本实施例采用实施例一中的一种无需清理的针头式静电纺丝设备进行静电纺丝作业，工作过程如下：
配制12wt％PLGA溶液：用微量天平秤取17.6g丙酮溶液和2.4gPLGA并放入瓶中，PLGA为聚乳酸和羟基乙酸的共聚物，且聚乳酸和羟基乙酸的比例为30:70，加入磁子，磁力搅拌4小时至聚合物颗粒完全溶解。
在烧杯16中加入300ml丙酮溶液，打开控温加热器17，设置加热温度为60℃，待烧杯内酒精温度达到设定值后，开启静音气泵22，外界空气经过20—除湿器后被除去大部分水蒸气，后被导入到烧杯16内，干燥气体经“丙酮浴”之后形成饱和丙酮蒸汽的气体，并从内毛细管7和外毛细管6形成的环形外轴缝隙中排出，饱和丙酮蒸汽对内毛细管7针尖形成小范围的蒸汽包裹。
用10ml注射器抽取12wt％PLGA将注射器安装到微量注射泵1上，快速推进至内毛细管7针尖有溶液流出后停止快进，设定推进速度为3ml/h；调节内毛细管7和纤维收集极9之间的距离为10cm，打开高压电源11，设置电压为14千伏，内毛细管7和纤维收集极9之间形成高压静电场，PLGA溶液形成射流8，射流8经过劈裂、拉伸、溶剂挥发过程形成PLGA纳米纤维沉积到纤维收集极9上面；由于丙酮蒸汽对内毛细管7针尖射流溶剂挥发的抑制作用，避免针尖凝固物出现，电纺可持续稳定进行，制备的PLGA纳米纤维粗细均匀，纤维膜具有较高品质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无需清理的针头式静电纺丝设备，其特征在于：包括第一针头底座(3)、第二针头底座(5)、外毛细管(6)、内毛细管(7)、第一导气管(14)、出气管(15)、烧杯(16)、加热器(17)、进气管(18)、第二导气管(19)、第三导气管(21)、气泵(22)；
所述第一针头底座(3)的外侧套设有所述第二针头底座(5)，所述第一针头底座(3)的一端连接一个所述外毛细管(6)，所述第二针头底座(5)的一端连接一个所述内毛细管(7)，所述内毛细管(7)的直径小于所述外毛细管(6)的直径，所述内毛细管(7)位于所述外毛细管(6)内，所述第一导气管(14)的一端连接固定在所述外毛细管(6)的外壁上，且所述第一导气管(14)连通所述外毛细管(6)，所述第一导气管(14)另一端连接一个所述出气管(15)的一端，所述出气管(15)的另一端连通所述烧杯(16)，所述加热器(17)设置在所述烧杯(16)的底部且用于加热所述烧杯(16)，所述进气管(18)的一端连通所述烧杯(16)，所述进气管(18)伸入到所述烧杯(16)内的溶剂液面以下；所述进气管(18)的另一端连接所述第二导气管(19)的一端，所述第二导气管(19)的另一端连通一个所述气泵(22)的出气口；
第二导气管(19)的另一端连接一个除湿器(20)的出风口，所述除湿器(20)的进风口通过一个第三导气管(21)连通所述气泵(22)的出气口；
所述烧杯(16)内装有与电纺溶液相一致的溶剂；所述内毛细管(7)和外毛细管(6)均为直通管结构。
2.如权利要求1所述的一种无需清理的针头式静电纺丝设备，其特征在于：还包括微量注射泵(1)，所述微量注射泵(1)的出液口连接一个导液管(2)的一端，所述导液管(2)的另一端连通所述内毛细管(7)的一端。
3.如权利要求1所述的一种无需清理的针头式静电纺丝设备，其特征在于：所述第二针头底座(5)的另一端具有一个内槽，所述内槽的内壁上具有焊点(4)，所述第一针头底座(3)的一端嵌入所述内槽，所述第一针头底座(3)通过焊接固定在所述焊点(4)上。
4.如权利要求1所述的一种无需清理的针头式静电纺丝设备，其特征在于：所述第二针头底座(5)内具有连通所述外毛细管(6)的内腔，所述第二针头底座(5)的外壁上固定有不锈钢管(13)，所述不锈钢管(13)的一端连通所述内腔，所述不锈钢管(13)的另一端连通所述第一导气管(14)的一端。
5.如权利要求1所述的一种无需清理的针头式静电纺丝设备，其特征在于：所述内毛细管(7)与所述外毛细管(6)为同轴心线设置，且所述内毛细管(7)的另一端从所述外毛细管(6)的另一端伸出。
6.如权利要求1所述的一种无需清理的针头式静电纺丝设备，其特征在于：还包括纤维收集极(9)，所述纤维收集极(9)设置在所述内毛细管(7)的另一端的一侧，所述纤维收集极(9)面对所述内毛细管(7)的另一端。
7.如权利要求6所述的一种无需清理的针头式静电纺丝设备，其特征在于：所述纤维收集极(9)通过负极接地线(10)电连接一个高压电源(11)的负极，所述高压电源(11)的正极通过一个正极线(12)电连接所述外毛细管(6)。
8.如权利要求1所述的一种无需清理的针头式静电纺丝设备，其特征在于：所述烧杯(16)的顶部盖设有一个橡胶塞，所述出气管(15)和所述进气管(18)均固定在所述橡胶塞上。
9.如权利要求1所述的一种无需清理的针头式静电纺丝设备，其特征在于：所述烧杯(16)的规格为500ml。
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